基于线性调频信号的频偏误差控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于线性调频信号的频偏误差控制系统，主要解决现有线性调频信号的调制频偏随环境温度和调制电压波动而变化，导致线性调频连续波信号调制频偏误差增大的问题。其包括综源模块、斜坡发生器环路模块，高混频模块及发射通道，频综源模块输出高频率稳定度的点频信号，通过功分器分成两路输出，一路经分频后与斜坡发生器环路模块输出的低频线性调频信号进行混频，产生高频线性调频信号输入到高混频模块中，另一路在高混频模块中与高频线性调频信号进行混频，产生更高频线性调频信号，通过发射通道传输至天线发射端口。本发明专利技术能减小线性调频信号的调制频偏误差，提高发射信号的频率稳定度，可用于雷达线性调频连续波体制的距离测量。

Frequency offset error control system based on LFM signal

【技术实现步骤摘要】
基于线性调频信号的频偏误差控制系统
本专利技术属于测距
，尤其涉及一种线性调频信号频偏误差控制系统，可用于雷达线性调频连续波体制的距离测量，提高雷达的测距精度。
技术介绍
线性调频连续波雷达，其调制波形为锯齿波，锯齿波信号周期为T，调频带宽为B，锯齿波信号调控雷达的压控振荡器产生线性调频连续波发射出去，该发射信号经目标反射产生一定时间延迟后的回波信号由雷达接收，雷达将该回波信号与发射信号的复制品进行混频，随后依次进行滤波、相干检波和采样，最后采用一组窄带滤波器用FFT方法进行频谱分析，提取出频率信息即差频fb，再根据光速c、锯齿波信号周期T、差频fb、调频带宽B这四者与目标距离R的关系：R＝(c×T×fb)÷(2×B)，计算得到目标距离，得到测距误差△R/R＝△fb/fb+△T/T-△B/B。式中，fb的误差与FFT的处理点数有关，若点数越大则频率分辨率越高，可把fb的误差控制在0.1％以内；采用高稳定度晶振以及高速数字时钟计数，则T的量化误差很小，可把T的误差控制在0.1％以内；B的误差与压控振荡器的稳定度有关，压控振荡器频率的波动造成了调制频偏误差，当雷达的工作频率不高于C波段时，B的误差可控制在1％以内。根据以上公式得知，B的误差是制约雷达测距精度提高的首要因素。当对压控振荡器采用现有的模拟调制方式时，如图1所示，即采用幅度从低到高线性变化的锯齿波电压来调制压控振荡器的输出频率，会产生一定带宽的线性调频连续波信号；当压控振荡器调谐端受到电源纹波影响时，会造成输入的锯齿波电压线性度变差，或者因环境温度的变化致使压控振荡器的频率产生随机波动。由于频率越高则压控振荡器的频率稳定度越容易受影响，当雷达的工作频率高于C波段时，在全温度范围中B的误差大于1％，降低了雷达的测距精度。当对压控振荡器采用现有的数字调制方式时，把模拟的锯齿波电压变成数字量电压，用数字锁相环来控制压控振荡器的输出频率，数字锁相环的频率递增歩阶受数字量电压控制，频率歩阶与采样步长互为一定的线性关系。当在近距时，因为锯齿波信号周期时间短，所以数字量的采样点数少，在快速傅立叶变换FFT进行频谱分析时，由于频率步阶大且点数少，提取出的频率信息不准确，导致近距的测距精度不能满足使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种线性调频信号的频偏误差控制系统，以实现对线性调频信号调制频偏的精密控制，提高线性调频信号的频率稳定度，从而提高雷达的测距精度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种线性调频信号的频偏误差控制的系统，包括：发射通道、接收通道和调频源，其特征在于：还包括频综源模块、高混频模块、倍频器、低混频器、分频器、两个功分器和三个滤波器，且调频源采用谐波发生器环路模块；该频综源模块，用于产生点频信号，并分成两路输出，一路通过第一功分器、第一滤波器和倍频器倍频后输入到高混频模块，另一路通过第一功分器、第一分频器后再通过第二功分器功分成两路输出，第一路输出通过第二滤波器滤波后进入低混频器，第二路输出给斜坡发生器环路模块作为其参考时钟；该斜坡发生器环路模块，在参考时钟的驱动和外部锯齿波数字信号控制下产生频率为93MHz～257MHz的低频线性调频信号进入低混频器；该低混频器对第二滤波器滤波后的点频信号和斜坡发生器环路模块输出的低频线性调频信号进行混频，产生频率为818MHz～982MHz的高频线性调频信号，通过第三滤波器滤波后输入给高混频模块；该高混频模块将输入的高频率线性调频信号与倍频器倍频后的点频信号进行混频，产生频率为24018MHz～24182MHz的更高频线性调频信号，并输入给发射通道。进一步，所述频综源模块,包括：晶振、第二分频器和依次连接的鉴相器、第四滤波器、压控振荡器、第三功分器；晶振的输出端与鉴相器的第二输入端连接，鉴相器的输出端经过第四滤波器与压控振荡器的输入端连接，压控振荡器的输出端通过第三功分器分成两路输出，第一路输出进入第一功分器的输入端，第二路输出通过第二分频器反馈给鉴相器第二输入端，形成锁相环路；当第二分频器输出信号与晶振输出信号相位差恒定后，则鉴相器会输出恒定值不变的直流电压信号，使压控振荡器输出频率锁定在11600MHz的点频上，通过第三功分器第一输出端输入到第一功分器输入端。进一步，所述斜坡发生器环路模块，包括：数字斜坡发生装置、第五滤波器、第六滤波器；第五滤波器对第二功分器输入的点频信号滤波后传输给数字斜坡发生器作为其参考时钟，该斜坡发生装置在参考时钟的驱动和外部锯齿波数字信号的控制下产生93MHz～257MHz低频数字线性调频信号，该数字线性调频信号经过第六滤波器滤波后再进入低混频器输入端。进一步，所述高变频模块，包括：第七滤波器、第一放大器、第八滤波器和高混频器；第七滤波器对倍频器J输出的信号进行过滤波后进入高混频器；第一放大器对第三滤波器输出的信号进行功率放大后，再通过第八滤波器滤波后进入高混频器；高混频器对进入的这两路信号进行混频，产生24018MHz～24182MHz的更高频线性调频信号，并将其传输到发射通道中。进一步，所述发射通道包括：第九滤波器、第二放大器、第十滤波器和耦合器；高混频模块输出的更高频线性调频信号依次通过第九滤波器、第二放大器、第十滤波器和耦合器后传输到天线发射端口发射，接收通道进行接收。与现有技术比较，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术使用高频率稳定度、低相位噪声的晶振作为参考源，通过锁相环路技术使频综源模块产生11600MHz的稳定点频信号，可在环境温度下提高频率稳定度，降低相位噪声。2、本专利技术采用数字式斜坡发生技术，用725MHz点频信号作为参考时钟，可加快扫频速度、减小频率递增歩阶、缩减采样步长、增加采样点数、提高频率稳定度和线性度，输出93MHz～257MHz低频线性调频信号，同时通过参考时钟信号与数字斜坡输出信号进行混频产生818MHz～982MHz高频线性调频信号，提高了信号的输出频率。3、本专利技术将点频信号与线性调频信号进行混频，产生更高频率的24018MHz～24182MHz线性调频信号，不仅可在环境温度下进一步降低相位噪声、提高频率的稳定度和线性度，而且可更一步提高信号的输出频率。附图说明图1为现有产生线性调频信号的结构框图；图2为本专利技术的结构框图；图3为本专利技术中频综源模块的结构框图；图4为本专利技术中斜坡发生器环路模块的结构框图；图5为本专利技术中高混频模块的结构框图；图6为本专利技术中发射通道的结构框图；图7为本专利技术的整体结构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施进行详细描述。参照图2，本专利技术实例包括频综源模块1、谐波发生器环路模块2、高混频模块3、发射通道4、接收通道5、倍频器J、低混频器F1、分频器D1、两个功分器H1、H2和三个滤波器B1、B2、B3。频综源模块1的输出与第一功分器H1的输入端连接，第一功分器H1的第一输端出依次通过第一滤波器B1、倍频器J与高混频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线性调频信号的频偏误差控制的系统，包括：发射通道(4)、接收通道(5)和调频源，其特征在于：还包括频综源模块(1)、高混频模块(3)、倍频器(J)、低混频器(F1)、分频器(D1)、两个功分器(H1、H2)和三个滤波器(B1，B2，B3)，且调频源采用谐波发生器环路模块(2)；/n该频综源模块(1)，用于产生点频信号，并分成两路输出，一路通过第一功分器(H1)、第一滤波器(B1)和倍频器(J)倍频后输入到高混频模块(3)，另一路通过第一功分器(H1)、第一分频器(D1)后再通过第二功分器(H2)功分成两路输出，第一路输出通过第二滤波器(B2)滤波后进入低混频器(F1)，第二路输出给斜坡发生器环路模块(2)作为其参考时钟；/n该斜坡发生器环路模块(2)，在参考时钟的驱动和外部锯齿波数字信号控制下产生频率为93MHz～257MHz的低频线性调频信号进入低混频器(F1)；/n该低混频器(F1)对第二滤波器(B2)滤波后的点频信号和斜坡发生器环路模块(2)输出的低频线性调频信号进行混频，产生频率为818MHz～982MHz的高频线性调频信号，通过第三滤波器(B3)滤波后输入给高混频模块(3)；/n该高混频模块(3)将输入的高频率线性调频信号与倍频器J倍频后的点频信号进行混频，产生频率为24018MHz～24182MHz的更高频线性调频信号，并输入给发射通道(4)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种线性调频信号的频偏误差控制的系统，包括：发射通道(4)、接收通道(5)和调频源，其特征在于：还包括频综源模块(1)、高混频模块(3)、倍频器(J)、低混频器(F1)、分频器(D1)、两个功分器(H1、H2)和三个滤波器(B1，B2，B3)，且调频源采用谐波发生器环路模块(2)；
该频综源模块(1)，用于产生点频信号，并分成两路输出，一路通过第一功分器(H1)、第一滤波器(B1)和倍频器(J)倍频后输入到高混频模块(3)，另一路通过第一功分器(H1)、第一分频器(D1)后再通过第二功分器(H2)功分成两路输出，第一路输出通过第二滤波器(B2)滤波后进入低混频器(F1)，第二路输出给斜坡发生器环路模块(2)作为其参考时钟；
该斜坡发生器环路模块(2)，在参考时钟的驱动和外部锯齿波数字信号控制下产生频率为93MHz～257MHz的低频线性调频信号进入低混频器(F1)；
该低混频器(F1)对第二滤波器(B2)滤波后的点频信号和斜坡发生器环路模块(2)输出的低频线性调频信号进行混频，产生频率为818MHz～982MHz的高频线性调频信号，通过第三滤波器(B3)滤波后输入给高混频模块(3)；
该高混频模块(3)将输入的高频率线性调频信号与倍频器J倍频后的点频信号进行混频，产生频率为24018MHz～24182MHz的更高频线性调频信号，并输入给发射通道(4)。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述频综源模块(1),包括：晶振(E)、第二分频器(D2)和依次连接的鉴相器(A)、第四滤波器(B4)、压控振荡器(C)、第三功分器(H3)；晶振(E)的输出端与鉴相器(A)的第二输入端连接，鉴相器(A)的输出端经过第四滤波器(B4)与压控振荡器(C)的输入端连接，压控振荡器(C)的输出端通过第三功分器(H3)分成两路输出，第一路输出进入第一功分器(H1)的输入端，第二路输出通过第二分频器(D2)反馈给鉴相器(A)第二输入端，形成锁相环路；当第二分频器(D2)输出信号与晶振(E)输出信号相位差恒定后，则鉴相器(A)会输出恒定值不变的直流电压信号，使压控振荡器(C)输出频率锁定在11600MHz的点频上，通过第三功分器(H3)第一输出端输入到第一功分器(H1)输入端。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华，解宝同，陈坤，冯伟，
申请(专利权)人：陕西长岭电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61